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玉米籽粒大小基因ZmMKK4的图位克隆

金娇  
【摘要】:产量是玉米育种的重要目标,而籽粒是产量的唯一来源和玉米遗传学研究的模式器官。玉米籽粒的发育是一系列生理生化反应的结果,一旦控制籽粒发育过程的关键基因发生突变则会对产量造成极大的影响。因此,克隆籽粒发育突变基因,并对其功能进行研究,不仅有助于阐明籽粒的形成机理,还能为玉米产量相关性状的遗传改良提供基因资源和理论依据。本研究以课题组在前期自交系繁育过程中发现的玉米粒型自然突变体m11为材料,并利用m11与自交系郑58杂交得到的F_1、F_2和F_(2:3)群体进行遗传分析,通过图位克隆技术精细定位并克隆该粒型突变基因,结合生物信息学预测、候选基因序列核苷酸多态性及表达分析初步确定目的基因,为后续的功能验证和调控网络解析奠定基础。主要研究结果如下:1、突变体m11的表型分析与野生型相比,突变体籽粒变小、顶部皱缩、其胚乳表现为粉质且不透明、成苗率极低、长势弱、植株矮小。对胚乳进行扫描电镜观察,结果表明,突变体籽粒胚乳中的淀粉粒数目较野生型少,但体积变大且形状规则。推测该突变体m11的候选基因为一因多效基因。2、突变体m11的遗传分析通过突变体m11与正常自交系郑58杂交后的F_1,F_2与F_(2:3)的果穗籽粒的分离情况对该基因进行遗传分析,结果表明,(郑58×m11)F_1果穗上的籽粒与野生型相同,不分离;F_2果穗上野生型籽粒与突变型籽粒表现为3:1的分离比;F_(2:3)果穗表现为1(籽粒为野生型且不分离果穗):2(籽粒表现野生型:突变型为3:1的分离果穗):1(籽粒为突变型且不分离果穗)的分离比。充分说明该突变是由隐性单基因控制的。3、突变体m11候选基因Zm MKK4的精细定位与克隆利用均匀覆盖玉米全基因组的1000对SSR标记,通过BSA方法将控制该小粒性状的基因初步定位在玉米第5染色体5.08 bin的SSR标记HA-26-5.08和HA-61-5.08之间。基于B73参考基因组(V4版本),在初定位区间内开发SSR和In Del等类型的分子标记,并利用筛选到的差异标记分析F_4分离果穗上20,000个正常籽粒,最终将基因锁定在标记C5-5.08和B13-5.08之间,物理距离5.22 kb。该区段内仅包含1个基因,该基因编码一种促分裂原活化蛋白激酶的激酶,命名为Zm MKK4。通过对郑58和m11中的Zm MKK4基因进行测序,发现突变体Zm MKK4基因的启动子区域出现了一个包含3个碱基的缺失,一个包含7个碱基的缺失和3个SNP的变异;在突变体Zm MKK4基因5’UTR区域出现了4个碱基的缺失;在突变体Zm MKK4基因外显子区域出现了12个碱基的缺失。


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